JP2001212685A - レーザ加工方法及びその装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 アブレーションと熱伝導効果とを両立させて
高精度な微細加工を可能にしたレーザ加工方法及びその
装置を提供する。 【解決手段】 被加工物にレーザ光を照射して予熱する
ＹＡＧレーザ１０と、被加工物にレーザ光を照射して予
熱された被加工物を加工するチタンサファイアレーザ
（フェムト秒レーザ）１１とを有する。ＹＡＧレーザ１
０により被加工物を予熱してからチタンサファイアレー
ザ（フェムト秒レーザ）１１により加工する。加工底部
に残渣が生ぜず、また、加工周囲の熱損傷が抑制され、
シャープな加工形状が得られる。
高精度な微細加工を可能にしたレーザ加工方法及びその
装置を提供する。 【解決手段】 被加工物にレーザ光を照射して予熱する
ＹＡＧレーザ１０と、被加工物にレーザ光を照射して予
熱された被加工物を加工するチタンサファイアレーザ
（フェムト秒レーザ）１１とを有する。ＹＡＧレーザ１
０により被加工物を予熱してからチタンサファイアレー
ザ（フェムト秒レーザ）１１により加工する。加工底部
に残渣が生ぜず、また、加工周囲の熱損傷が抑制され、
シャープな加工形状が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ加工方法及び
その装置に関し、特に超短パルスレーザを適用した微細
加工技術に関する。
その装置に関し、特に超短パルスレーザを適用した微細
加工技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】超短パルスレーザを適用した微細加工に
ついては、例えば「超短パルスレーザによるクロム薄膜
のアブレーション加工」ｐ５３−６０、第４８回レーザ
熱加工研究会論文集（１９９９．１２）において提案さ
れている加工方法がある。
ついては、例えば「超短パルスレーザによるクロム薄膜
のアブレーション加工」ｐ５３−６０、第４８回レーザ
熱加工研究会論文集（１９９９．１２）において提案さ
れている加工方法がある。
【０００３】上記の文献においては、フェムト秒領域
（〜１０-13秒）の超短パルスレーザを光源に用いてフ
ォトマスクに応用されるクロム膜にレーザ光を照射して
熱損傷の無いアブレーション加工について提案してい
る。
（〜１０-13秒）の超短パルスレーザを光源に用いてフ
ォトマスクに応用されるクロム膜にレーザ光を照射して
熱損傷の無いアブレーション加工について提案してい
る。
【０００４】図６は上記の文献において報告されている
加工方法により得られた被加工物の加工断面図であり、
フェムト秒領域（〜１０-13秒）のパルス幅の超短パル
スレーザ光を複数回照射したときの加工断面を示してい
る。同図からも明らかなように、加工周囲に熱損傷の無
い、シャープな加工エッジをもったパターンが得られて
いる。しかし、加工底部２２には円錐状のクロム残渣２
３が散在している。
加工方法により得られた被加工物の加工断面図であり、
フェムト秒領域（〜１０-13秒）のパルス幅の超短パル
スレーザ光を複数回照射したときの加工断面を示してい
る。同図からも明らかなように、加工周囲に熱損傷の無
い、シャープな加工エッジをもったパターンが得られて
いる。しかし、加工底部２２には円錐状のクロム残渣２
３が散在している。
【０００５】図７は上記よりもパルス幅の広い（例えば
ナノ秒の領域）パルスレーザ光を照射したときの加工断
面図である。パルスレーザ光が照射された領域のクロム
薄膜２１は殆ど除去されており、加工底部２２には残渣
がなく、また、水晶基板２０に対するダメージの無いフ
ラットな加工面が得られている。しかし、加工周囲には
熱損傷によるロールアップ２４と呼ばれる溶融・再凝固
部による盛り上がりが観測され、加工領域が広がってい
る。
ナノ秒の領域）パルスレーザ光を照射したときの加工断
面図である。パルスレーザ光が照射された領域のクロム
薄膜２１は殆ど除去されており、加工底部２２には残渣
がなく、また、水晶基板２０に対するダメージの無いフ
ラットな加工面が得られている。しかし、加工周囲には
熱損傷によるロールアップ２４と呼ばれる溶融・再凝固
部による盛り上がりが観測され、加工領域が広がってい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のレ
ーザ加工方法においては、アブレーションと熱伝導効果
とを両立するための加工条件を見い出すことが難しかっ
た。このため、熱損傷や加工の不均一が起こり、高精度
な微細加工ができなかった。
ーザ加工方法においては、アブレーションと熱伝導効果
とを両立するための加工条件を見い出すことが難しかっ
た。このため、熱損傷や加工の不均一が起こり、高精度
な微細加工ができなかった。
【０００７】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、アブレーションと熱伝導効
果とを両立させて高精度な微細加工を可能にしたレーザ
加工方法及びその装置を提供することを目的とする。
ためになされたものであり、アブレーションと熱伝導効
果とを両立させて高精度な微細加工を可能にしたレーザ
加工方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】（１）本発明に係るレー
ザ加工方法は、第１のレーザ光を照射して被加工物を予
熱する工程と、第２のレーザ光を照射して予熱された被
加工物を加工する工程とを有し、第２のレーザ光は超短
パルスレーザ光である。本発明においては、第１のレー
ザ光により被加工物を予め加熱してから超短パルスレー
ザ光により加工を施すようにしたので、超短パルスレー
ザ光による加工が適切になされており、加工底部に残渣
が生ぜず、また、加工周囲の熱損傷が抑制され、シャー
プな加工形状が得られる。このため、高精度な微細加工
が可能になっている。また、予備加熱を第１のレーザ光
を照射することにより行っているので、加熱箇所を所望
の箇所に限定することができ、例えば残渣が予想される
部位に限って予備加熱をすることができるので、この点
からも高精度な加工が可能になっている。
ザ加工方法は、第１のレーザ光を照射して被加工物を予
熱する工程と、第２のレーザ光を照射して予熱された被
加工物を加工する工程とを有し、第２のレーザ光は超短
パルスレーザ光である。本発明においては、第１のレー
ザ光により被加工物を予め加熱してから超短パルスレー
ザ光により加工を施すようにしたので、超短パルスレー
ザ光による加工が適切になされており、加工底部に残渣
が生ぜず、また、加工周囲の熱損傷が抑制され、シャー
プな加工形状が得られる。このため、高精度な微細加工
が可能になっている。また、予備加熱を第１のレーザ光
を照射することにより行っているので、加熱箇所を所望
の箇所に限定することができ、例えば残渣が予想される
部位に限って予備加熱をすることができるので、この点
からも高精度な加工が可能になっている。
【０００９】（２）本発明に係るレーザ加工方法は、上
記（１）の超短パルスレーザ光はフェムト秒レーザ光で
ある。上記の超短パルスレーザ光はフェムト秒レーザ光
であることから、加工底部に残渣が生ぜず、また、加工
周囲の熱損傷が抑制され、シャープな加工形状が得られ
る。このため、高精度な微細加工が可能になっている。
記（１）の超短パルスレーザ光はフェムト秒レーザ光で
ある。上記の超短パルスレーザ光はフェムト秒レーザ光
であることから、加工底部に残渣が生ぜず、また、加工
周囲の熱損傷が抑制され、シャープな加工形状が得られ
る。このため、高精度な微細加工が可能になっている。
【００１０】（３）本発明に係るレーザ加工方法は、上
記（１）又は（２）の第１のレーザ光は連続したレーザ
光である。 （４）本発明に係るレーザ加工方法は、上記（１）又は
（２）の第１のレーザ光はパルスレーザ光である。 （５）本発明に係るレーザ加工方法は、上記（１）〜
（４）において、予備加熱は被加工物の溶融温度を超え
ないようにする。第１のレーザ光による被加工物に対す
る不可逆的な変化を避け、予備加熱による加工を避け
る。
記（１）又は（２）の第１のレーザ光は連続したレーザ
光である。 （４）本発明に係るレーザ加工方法は、上記（１）又は
（２）の第１のレーザ光はパルスレーザ光である。 （５）本発明に係るレーザ加工方法は、上記（１）〜
（４）において、予備加熱は被加工物の溶融温度を超え
ないようにする。第１のレーザ光による被加工物に対す
る不可逆的な変化を避け、予備加熱による加工を避け
る。
【００１１】（６）本発明に係るレーザ加工方法は、上
記（１）〜（５）において、第１のレーザ光を照射して
いる間に第２のレーザ光を照射する。 （７）本発明に係るレーザ加工方法は、上記（１）〜
（５）において、第１のレーザを照射した後に、第２の
レーザを照射する。
記（１）〜（５）において、第１のレーザ光を照射して
いる間に第２のレーザ光を照射する。 （７）本発明に係るレーザ加工方法は、上記（１）〜
（５）において、第１のレーザを照射した後に、第２の
レーザを照射する。
【００１２】（８）本発明に係るレーザ加工方法は、上
記（１）〜（７）において、第１のレーザ光と第２のレ
ーザ光とを、被加工物に対して同じ方向から照射する。 （９）本発明に係るレーザ加工方法は、上記（１）〜
（７）において、第１のレーザ光と第２のレーザ光と
を、被加工物に対して反対方向から照射することを特徴
とする。
記（１）〜（７）において、第１のレーザ光と第２のレ
ーザ光とを、被加工物に対して同じ方向から照射する。 （９）本発明に係るレーザ加工方法は、上記（１）〜
（７）において、第１のレーザ光と第２のレーザ光と
を、被加工物に対して反対方向から照射することを特徴
とする。
【００１３】（１０）本発明に係るレーザ加工方法は、
上記（１）〜（９）において、第１のレーザ光により一
光子吸収過程よる予備加熱を行い、第２のレーザ光によ
り多光子吸収過程よる加工を行う。予備加熱を行った後
に超短パルスレーザを照射するので、多光吸収が起こり
やすくなっており、光化学反応によるアブレーション加
工が行われ、熱損傷が抑制される。 （１１）本発明に係るレーザ加工方法は、上記（１）〜
（１０）において、第１のレーザ光の集光スポット径を
第２のレーザ光による集光スポット径よりも小さく設定
する。予備加熱を主として加工底部の残渣が生じ易い部
位に行ってその部位の熱的ポテンシャルを上昇しておく
ことにより加工底部に残渣が生ぜず、また、加工形状も
更にシャープになる。
上記（１）〜（９）において、第１のレーザ光により一
光子吸収過程よる予備加熱を行い、第２のレーザ光によ
り多光子吸収過程よる加工を行う。予備加熱を行った後
に超短パルスレーザを照射するので、多光吸収が起こり
やすくなっており、光化学反応によるアブレーション加
工が行われ、熱損傷が抑制される。 （１１）本発明に係るレーザ加工方法は、上記（１）〜
（１０）において、第１のレーザ光の集光スポット径を
第２のレーザ光による集光スポット径よりも小さく設定
する。予備加熱を主として加工底部の残渣が生じ易い部
位に行ってその部位の熱的ポテンシャルを上昇しておく
ことにより加工底部に残渣が生ぜず、また、加工形状も
更にシャープになる。
【００１４】（１２）本発明に係るレーザ加工装置は、
被加工物にレーザ光を照射して予熱する第１のレーザ
と、被加工物にレーザ光を照射して予熱された被加工物
を加工する第２のレーザとを有し、第２のレーザは超短
パルスレーザである。本発明においては、第１のレーザ
光により被加工物を予め予熱してから超短パルスレーザ
光により加工を施すようにしたので、超短パルスレーザ
光による加工が適切になされており、加工底部に残渣が
生ぜず、また、加工周囲の熱損傷が抑制され、シャープ
な加工形状が得られる。このため、高精度な微細加工が
可能になっている。また、予備加熱を第１のレーザ光を
照射することにより行っているので、加熱箇所を所望の
箇所に限定することができ、例えば残渣が予想される部
位に限って予備加熱をすることができるので、この点か
らも高精度な加工が可能になっている。
被加工物にレーザ光を照射して予熱する第１のレーザ
と、被加工物にレーザ光を照射して予熱された被加工物
を加工する第２のレーザとを有し、第２のレーザは超短
パルスレーザである。本発明においては、第１のレーザ
光により被加工物を予め予熱してから超短パルスレーザ
光により加工を施すようにしたので、超短パルスレーザ
光による加工が適切になされており、加工底部に残渣が
生ぜず、また、加工周囲の熱損傷が抑制され、シャープ
な加工形状が得られる。このため、高精度な微細加工が
可能になっている。また、予備加熱を第１のレーザ光を
照射することにより行っているので、加熱箇所を所望の
箇所に限定することができ、例えば残渣が予想される部
位に限って予備加熱をすることができるので、この点か
らも高精度な加工が可能になっている。
【００１５】（１３）本発明に係るレーザ加工装置は、
上記（１２）の超短パルスレーザはフェムト秒パルスレ
ーザである。上記の超短パルスレーザ光はフェムト秒レ
ーザ光であることから、加工底部に残渣が生じることな
く、また、加工周囲の熱損傷が抑制され、シャープな加
工形状が得られる。このため、高精度な微細加工が可能
になっている。
上記（１２）の超短パルスレーザはフェムト秒パルスレ
ーザである。上記の超短パルスレーザ光はフェムト秒レ
ーザ光であることから、加工底部に残渣が生じることな
く、また、加工周囲の熱損傷が抑制され、シャープな加
工形状が得られる。このため、高精度な微細加工が可能
になっている。
【００１６】（１４）本発明に係るレーザ加工装置は、
上記（１２）又は（１３）において、第１のレーザは連
続したレーザ光を出力するものである。 （１５）本発明に係るレーザ加工装置は、上記（１２）
又は（１３）において、第１のレーザはパルスレーザ光
を出力するものである。
上記（１２）又は（１３）において、第１のレーザは連
続したレーザ光を出力するものである。 （１５）本発明に係るレーザ加工装置は、上記（１２）
又は（１３）において、第１のレーザはパルスレーザ光
を出力するものである。
【００１７】（１６）本発明に係るレーザ加工装置は、
上記（１２）〜（１５）において、第１のレーザと第２
のレーザとを駆動して、第１のレーザによる照射をして
いる間に第２のレーザを照射させる制御手段を有する。 （１７）本発明に係るレーザ加工装置は、上記（１２）
〜（１５）において、第１のレーザ及び第２のレーザを
駆動して、第１のレーザにより照射を行った後に、第２
のレーザによる照射を行わせる制御手段を有する。
上記（１２）〜（１５）において、第１のレーザと第２
のレーザとを駆動して、第１のレーザによる照射をして
いる間に第２のレーザを照射させる制御手段を有する。 （１７）本発明に係るレーザ加工装置は、上記（１２）
〜（１５）において、第１のレーザ及び第２のレーザを
駆動して、第１のレーザにより照射を行った後に、第２
のレーザによる照射を行わせる制御手段を有する。
【００１８】（１８）本発明に係るレーザ加工装置は、
上記（１２）〜（１７）において、第１のレーザと第２
のレーザとを、被加工物に対して同じ方向から照射する
ための光学系を有する。 （１９）本発明に係るレーザ加工装置は、上記（１２）
〜（１７）において、第１のレーザと第２のレーザと
を、被加工物に対して反対方向から照射するための光学
系を有する。 （２０）本発明に係るレーザ加工装置は、上記（１２）
〜（１９）において、第１のレーザによるレーザ光の集
光スポット径を第２のレーザによる集光スポット径より
も小さく設定するための光学系を有する。予備加熱を主
として加工底部の残渣が生じ易い部位に行ってその部位
の熱的ポテンシャルを上昇させておくことにより加工底
部に残渣が生ぜず、また、加工形状も更にシャープにな
る。
上記（１２）〜（１７）において、第１のレーザと第２
のレーザとを、被加工物に対して同じ方向から照射する
ための光学系を有する。 （１９）本発明に係るレーザ加工装置は、上記（１２）
〜（１７）において、第１のレーザと第２のレーザと
を、被加工物に対して反対方向から照射するための光学
系を有する。 （２０）本発明に係るレーザ加工装置は、上記（１２）
〜（１９）において、第１のレーザによるレーザ光の集
光スポット径を第２のレーザによる集光スポット径より
も小さく設定するための光学系を有する。予備加熱を主
として加工底部の残渣が生じ易い部位に行ってその部位
の熱的ポテンシャルを上昇させておくことにより加工底
部に残渣が生ぜず、また、加工形状も更にシャープにな
る。
【００１９】
【発明の実施の形態】実施形態１．図１は本発明の実施
形態１に係るレーザー加工装置の構成を示すブロック図
である。このレーザー加工装置は、ＹＡＧレーザ１０及
びチタンサファイアレーザ（フェムト秒レーザ）１１を
備えており、これらは制御装置１２によりその照射タイ
ミングが制御される。ＹＡＧレーザ１０は、波長λ１：
１０６４ｎｍ、パルス幅Δｔ１：１０ｎｓのパルスレー
ザ光１０ａを出力する。チタンサファイアレーザ１１
は、波長λ２：８００ｎｍ、パルス幅Δｔ２：１００ｆ
ｓのフェムト秒レーザ光１１ａを出力する。
形態１に係るレーザー加工装置の構成を示すブロック図
である。このレーザー加工装置は、ＹＡＧレーザ１０及
びチタンサファイアレーザ（フェムト秒レーザ）１１を
備えており、これらは制御装置１２によりその照射タイ
ミングが制御される。ＹＡＧレーザ１０は、波長λ１：
１０６４ｎｍ、パルス幅Δｔ１：１０ｎｓのパルスレー
ザ光１０ａを出力する。チタンサファイアレーザ１１
は、波長λ２：８００ｎｍ、パルス幅Δｔ２：１００ｆ
ｓのフェムト秒レーザ光１１ａを出力する。
【００２０】ＹＡＧレーザ１０からのパルスレーザ光１
０ａは、ビームスプリッタ１５にて反射された後に、集
光レンズ（焦点距離ｆ１００ｍｍ）１６にて集光され
て、水晶基板２０上に形成されているクロム膜２１に照
射される。また、チタンサファイアレーザ１１からのフ
ェムト秒レーザ光１１ａは、全反射ミラー１４にて反射
された後に、ビームスプリッタ１５を透過した後に、集
光レンズ１６にて集光されてクロム膜２１に照射され
る。水晶基板２０はＸＹテーブル３０上に配置されてお
り、ＸＹテーブル３０を加工形状に対応して移動するこ
とにより、クロム膜２１が所望の形状に加工される。な
お、全反射ミラー１４は８００ｎｍのレーザ光を反射
し、また、ビームビームスプリッタ１５は波長が８００
ｎｍのレーザ光を透過して波長が１０６４ｎｍのレーザ
光を反射するように設定されているものとする。
０ａは、ビームスプリッタ１５にて反射された後に、集
光レンズ（焦点距離ｆ１００ｍｍ）１６にて集光され
て、水晶基板２０上に形成されているクロム膜２１に照
射される。また、チタンサファイアレーザ１１からのフ
ェムト秒レーザ光１１ａは、全反射ミラー１４にて反射
された後に、ビームスプリッタ１５を透過した後に、集
光レンズ１６にて集光されてクロム膜２１に照射され
る。水晶基板２０はＸＹテーブル３０上に配置されてお
り、ＸＹテーブル３０を加工形状に対応して移動するこ
とにより、クロム膜２１が所望の形状に加工される。な
お、全反射ミラー１４は８００ｎｍのレーザ光を反射
し、また、ビームビームスプリッタ１５は波長が８００
ｎｍのレーザ光を透過して波長が１０６４ｎｍのレーザ
光を反射するように設定されているものとする。
【００２１】図２は図１のレーザー加工装置の動作を示
すタイミングチャートである。制御装置１２から制御信
号１２ａが出力されると、ＹＡＧレーザ１０はその制御
信号１２ａとほぼ同じパルス幅（Δｔ１：１０ｎｓ）の
パルスレーザ光１０ａを出力してクロム膜２１に照射す
る。また、その所定時間後に、制御装置１２から制御信
号１２ｂが出力されると、チタンサファイアレーザ１１
はその制御信号１２の立ち上がりに同期した、パルス幅
Δｔ２：１００ｆｓのフェムト秒レーザ光１１ａを出力
してクロム膜２１の上記の照射位置と同じ位置に照射す
る。
すタイミングチャートである。制御装置１２から制御信
号１２ａが出力されると、ＹＡＧレーザ１０はその制御
信号１２ａとほぼ同じパルス幅（Δｔ１：１０ｎｓ）の
パルスレーザ光１０ａを出力してクロム膜２１に照射す
る。また、その所定時間後に、制御装置１２から制御信
号１２ｂが出力されると、チタンサファイアレーザ１１
はその制御信号１２の立ち上がりに同期した、パルス幅
Δｔ２：１００ｆｓのフェムト秒レーザ光１１ａを出力
してクロム膜２１の上記の照射位置と同じ位置に照射す
る。
【００２２】パルスレーザ光１０ａが照射されるとクロ
ム膜２１の温度は次第に上昇していき、熱的ポテンシャ
ルが高くなる。但し、この時の最大温度はクロム膜２１
の溶融温度を超えないようにし、クロム膜２１には不可
逆的な変化を与えないようにする。そして、このような
状態のときに、フェムト秒レーザ光１１ａが照射される
ことで、熱的ポテンシャルが高くなっているクロム膜２
１が気化してアブレーション加工がなされる。なお、こ
のときのフェムト秒レーザ光１１ａのエネルギー密度
は、予熱後の被加工物に対する加工閾値よりも若干大き
めに設定するものとする。
ム膜２１の温度は次第に上昇していき、熱的ポテンシャ
ルが高くなる。但し、この時の最大温度はクロム膜２１
の溶融温度を超えないようにし、クロム膜２１には不可
逆的な変化を与えないようにする。そして、このような
状態のときに、フェムト秒レーザ光１１ａが照射される
ことで、熱的ポテンシャルが高くなっているクロム膜２
１が気化してアブレーション加工がなされる。なお、こ
のときのフェムト秒レーザ光１１ａのエネルギー密度
は、予熱後の被加工物に対する加工閾値よりも若干大き
めに設定するものとする。
【００２３】ここで、フェムト秒レーザ光１１ａの照射
による動作を説明する。一般に、クロム膜２１に照射さ
れたレーザ光のエネルギーは電子に吸収された後に格子
系へ移動してクロム膜２１の温度を上昇させる。その後
に、熱はクロム特有の熱物性に従って周囲に拡散してい
く。しかし、フェムト秒レーザ光１１ａのパルス幅は電
子から格子系へのエネルギーの移動時間よりも短いの
で、パルス光が照射中に照射領域外に拡散しない。この
ため、照射領域を効率良く加熱することができ、周囲へ
の熱損傷の抑制が可能になっている。
による動作を説明する。一般に、クロム膜２１に照射さ
れたレーザ光のエネルギーは電子に吸収された後に格子
系へ移動してクロム膜２１の温度を上昇させる。その後
に、熱はクロム特有の熱物性に従って周囲に拡散してい
く。しかし、フェムト秒レーザ光１１ａのパルス幅は電
子から格子系へのエネルギーの移動時間よりも短いの
で、パルス光が照射中に照射領域外に拡散しない。この
ため、照射領域を効率良く加熱することができ、周囲へ
の熱損傷の抑制が可能になっている。
【００２４】また、フェムト秒レーザ光１１ａの照射に
よる動作を別の観点から説明する。パルスレーザ光１０
ａはエネルギー密度の小さいレーザ光が得られているか
ら、１光子分吸収過程が行われており、パルス幅が長い
（時間が長い）ことから熱拡散が行われる。そして、上
記の予熱加熱により多光子吸収過程が起きやすい状態に
なっているときに、上述のフェムト秒レーザ光１１ａが
照射されると、そのパルス幅が短いことから結果的にエ
ネルギー密度の大きいレーザ光が照射されて多光子吸収
過程が起き、エネルギーがバンドギャップを超えて分子
が分離する。このようにして被加工物のアブレーション
加工が、熱反応よらず、光・化学反応によりなされるの
で、加工周囲への熱損傷の抑制ができ、高精度な微細加
工が可能になっている。
よる動作を別の観点から説明する。パルスレーザ光１０
ａはエネルギー密度の小さいレーザ光が得られているか
ら、１光子分吸収過程が行われており、パルス幅が長い
（時間が長い）ことから熱拡散が行われる。そして、上
記の予熱加熱により多光子吸収過程が起きやすい状態に
なっているときに、上述のフェムト秒レーザ光１１ａが
照射されると、そのパルス幅が短いことから結果的にエ
ネルギー密度の大きいレーザ光が照射されて多光子吸収
過程が起き、エネルギーがバンドギャップを超えて分子
が分離する。このようにして被加工物のアブレーション
加工が、熱反応よらず、光・化学反応によりなされるの
で、加工周囲への熱損傷の抑制ができ、高精度な微細加
工が可能になっている。
【００２５】図３は上記の実施形態による加工断面図で
ある。上述のように、パルスレーザ１０ａにより予備加
熱をしてからフェムト秒レーザ光１１ａを照射して加工
するようにしたので、図示のように、加工底部２２には
残渣が生じることなく、また、加工形状も熱損傷がなく
シャープな加工形状になっている。
ある。上述のように、パルスレーザ１０ａにより予備加
熱をしてからフェムト秒レーザ光１１ａを照射して加工
するようにしたので、図示のように、加工底部２２には
残渣が生じることなく、また、加工形状も熱損傷がなく
シャープな加工形状になっている。
【００２６】実施形態２．図４は本発明の実施形態２に
係るレーザー加工装置の構成を示すブロック図である。
このレーザー加工装置は、上記の実施形態と同様に、Ｙ
ＡＧレーザ１０及びチタンサファイアレーザ１１を備え
ており、これらは制御装置１２によりその照射タイミン
グが制御される。ＹＡＧレーザ１０からのパルスレーザ
光１０ａは集光レンズ１６にて集光されてクロム膜２に
照射される。また、チタンサファイアレーザ（フェムト
秒レーザ）１１からのフェムト秒レーザ光１１ａは全反
射ミラー１７，１８にて反射されて集光レンズ１９にて
集光され、水晶基板２０を介してクロム膜２１に照射さ
れる。このようにして、クロム膜２１にはその裏側及び
表側の両側からフェムト秒レーザ光１１ａ及びパルスレ
ーザ光１０ｂが照射される。そして、上記の実施形態と
同様に、クロム膜２１はパルスレーザ光１０ａの照射に
より予備加熱がなされ、フェムト秒レーザ光１１ａの照
射によりアブレーション加工が施される。なお、全反射
ミラー１７，１８は波長が８００ｎｍのレーザ光を反射
するように設定されているものとする。
係るレーザー加工装置の構成を示すブロック図である。
このレーザー加工装置は、上記の実施形態と同様に、Ｙ
ＡＧレーザ１０及びチタンサファイアレーザ１１を備え
ており、これらは制御装置１２によりその照射タイミン
グが制御される。ＹＡＧレーザ１０からのパルスレーザ
光１０ａは集光レンズ１６にて集光されてクロム膜２に
照射される。また、チタンサファイアレーザ（フェムト
秒レーザ）１１からのフェムト秒レーザ光１１ａは全反
射ミラー１７，１８にて反射されて集光レンズ１９にて
集光され、水晶基板２０を介してクロム膜２１に照射さ
れる。このようにして、クロム膜２１にはその裏側及び
表側の両側からフェムト秒レーザ光１１ａ及びパルスレ
ーザ光１０ｂが照射される。そして、上記の実施形態と
同様に、クロム膜２１はパルスレーザ光１０ａの照射に
より予備加熱がなされ、フェムト秒レーザ光１１ａの照
射によりアブレーション加工が施される。なお、全反射
ミラー１７，１８は波長が８００ｎｍのレーザ光を反射
するように設定されているものとする。
【００２７】ところで、上記の実施形態においては、パ
ルスレーザ光１０ａをクロム膜２１の表側から照射し、
フェムト秒レーザ光１１ａをクロム膜２１の裏側から照
射した例を示したが、その逆でも良い。即ち、フェムト
秒レーザ光１１ａをクロム膜２１の表側から照射し、パ
ルスレーザ光１０ａをクロム膜２１の裏側から照射して
もた良い。いずれの場合においても、水晶基板２０を介
してクロム膜２１にレーザ光を照射する場合には、レー
ザ光の波長を水晶基板２０を透過し易い波長に設定する
必要がある。
ルスレーザ光１０ａをクロム膜２１の表側から照射し、
フェムト秒レーザ光１１ａをクロム膜２１の裏側から照
射した例を示したが、その逆でも良い。即ち、フェムト
秒レーザ光１１ａをクロム膜２１の表側から照射し、パ
ルスレーザ光１０ａをクロム膜２１の裏側から照射して
もた良い。いずれの場合においても、水晶基板２０を介
してクロム膜２１にレーザ光を照射する場合には、レー
ザ光の波長を水晶基板２０を透過し易い波長に設定する
必要がある。
【００２８】実施形態３．図５は上記実施形態１，２に
おいてクロム膜に照射されるレーザ光の集光スポットの
大きさの説明図である。図示の例においては、パルスレ
ーザ光１０ａの集光スポット１０ｂをフェムト秒レーザ
光１１ａの集光スポット１１ｂよりも小さくしており、
主として加工底部２２に相当する位置の熱的ポテンシャ
ルを上昇させておいて、フェムト秒レーザ光１１ａを照
射させた際に残渣が残らないようにしている。また、加
工部の周囲の熱的ポテンシャルを上げないようしてシャ
ープな加工形状が得られるようにしてある。
おいてクロム膜に照射されるレーザ光の集光スポットの
大きさの説明図である。図示の例においては、パルスレ
ーザ光１０ａの集光スポット１０ｂをフェムト秒レーザ
光１１ａの集光スポット１１ｂよりも小さくしており、
主として加工底部２２に相当する位置の熱的ポテンシャ
ルを上昇させておいて、フェムト秒レーザ光１１ａを照
射させた際に残渣が残らないようにしている。また、加
工部の周囲の熱的ポテンシャルを上げないようしてシャ
ープな加工形状が得られるようにしてある。
【００２９】なお、図５の例は典型的な例であり、この
他に、集光スポット１０ｂ＝集光スポット１１ｂ、或い
は、集光スポット１０ｂ＞フェムト秒レーザ光１１ａの
集光スポット１１ｂであっても良い。なお、この集光ス
ポットの径の調整は、例えばＹＡＧレーザ１０又はチタ
ンサファイアレーザ１１にビームエキスパンダを内蔵し
ておいてビーム径を調整したり、或いは、ＹＡＧレーザ
１０又はチタンサファイアレーザ１１から出射されたレ
ーザ光の光学系にビームエキスパンダを挿入することで
ビーム径を調整することによりなされる。
他に、集光スポット１０ｂ＝集光スポット１１ｂ、或い
は、集光スポット１０ｂ＞フェムト秒レーザ光１１ａの
集光スポット１１ｂであっても良い。なお、この集光ス
ポットの径の調整は、例えばＹＡＧレーザ１０又はチタ
ンサファイアレーザ１１にビームエキスパンダを内蔵し
ておいてビーム径を調整したり、或いは、ＹＡＧレーザ
１０又はチタンサファイアレーザ１１から出射されたレ
ーザ光の光学系にビームエキスパンダを挿入することで
ビーム径を調整することによりなされる。
【００３０】実施形態４．また、被加工物を予備加熱す
るためのレーザ光は、必ずしもパルスレーザ光である必
要はなく連続光であっても良い。また、その光源はＹＡ
Ｇレーザに限られず他の固体レーザ、或いはガスレーザ
（例えばＣＯ２レーザ）、半導体レーザを用いても良
い。また、被加工物に加工を施すためのレーザについて
もチタンサファイアレーザに限られず他のレーザであっ
ても良い。また、上記のＹＡＧレーザ１０とチタンサフ
ァイアレーザ１１とではその波長を異ならせた例（λ１
＞λ２）について示したが、その波長については同じで
も良い。また、発明に係る超短パルスレーザは、熱損傷
が抑制されれば良いので、そのパルス幅がフェムト秒領
域〜ピコ秒領域（〜１０-15秒−１０-12秒）のパルス幅
のパルスレーザが該当する。
るためのレーザ光は、必ずしもパルスレーザ光である必
要はなく連続光であっても良い。また、その光源はＹＡ
Ｇレーザに限られず他の固体レーザ、或いはガスレーザ
（例えばＣＯ２レーザ）、半導体レーザを用いても良
い。また、被加工物に加工を施すためのレーザについて
もチタンサファイアレーザに限られず他のレーザであっ
ても良い。また、上記のＹＡＧレーザ１０とチタンサフ
ァイアレーザ１１とではその波長を異ならせた例（λ１
＞λ２）について示したが、その波長については同じで
も良い。また、発明に係る超短パルスレーザは、熱損傷
が抑制されれば良いので、そのパルス幅がフェムト秒領
域〜ピコ秒領域（〜１０-15秒−１０-12秒）のパルス幅
のパルスレーザが該当する。
【００３１】また、被加工物は、上記のクロム膜に限定
されるものではなく、例えばアルミナ、シリコン、ゲル
マニウム、水晶等の熱伝導率の高い材料においても熱拡
散領域が限定されるので精密な加工ができる。更に、本
発明の加工は生体、例えば角膜、歯、脳等のレーザアブ
レーションにも適用することができる。
されるものではなく、例えばアルミナ、シリコン、ゲル
マニウム、水晶等の熱伝導率の高い材料においても熱拡
散領域が限定されるので精密な加工ができる。更に、本
発明の加工は生体、例えば角膜、歯、脳等のレーザアブ
レーションにも適用することができる。
【図１】本発明の実施形態１に係るレーザー加工装置の
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図２】図１のレーザー加工装置の動作を示すタイミン
グチャートである。
グチャートである。
【図３】本実施形態による加工断面図である。
【図４】本発明の実施形態２に係るレーザー加工装置の
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図５】クロム膜に照射されるレーザ光の集光スポット
の大きさの説明図である。
の大きさの説明図である。
【図６】先行文献において報告されている加工断面図で
ある。
ある。
【図７】図６の例よりもパルス幅の広いレーザ光をを照
射したときの加工断面図である。
射したときの加工断面図である。
１０ ＹＡＧレーザ １１ チタンサファイアレーザ １４，１７，１８ 反射ミラー １５ ビームスプリッタ １６，１９ 集光レンズ ２０ 水晶基板 ２１ クロム膜 ３０ ＸＹテーブル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中尾 斉 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 Ｆターム(参考） 4E068 AF01 AJ03 CA01 CA03 CA07 CA08 CB01 CK01 5F072 AB01 AB20 JJ20 KK05 KK15 MM08 RR01 SS08 YY06
Claims (20)
- 【請求項１】 第１のレーザ光を照射して被加工物を予
熱する工程と、第２のレーザ光を照射して予熱された被
加工物を加工する工程とを有し、前記第２のレーザ光は
超短パルスレーザ光であることを特徴とするレーザ加工
方法。 - 【請求項２】 前記超短パルスレーザ光はフェムト秒レ
ーザ光であることを特徴とする請求項１記載のレーザ加
工方法。 - 【請求項３】 前記第１のレーザ光は連続したレーザ光
であることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加
工方法。 - 【請求項４】 前記第１のレーザ光はパルスレーザ光で
あることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工
方法。 - 【請求項５】 前記予備加熱による被加工物に対する加
熱は被加工物の溶融温度を超えないことを特徴とする請
求項１〜４の何れかに記載のレーザ加工方法。 - 【請求項６】 前記第１のレーザ光を照射している間に
前記第２のレーザ光を照射することを特徴とする請求項
１〜５の何れかに記載のレーザ加工方法。 - 【請求項７】 前記第１のレーザを照射した後に、前記
第２のレーザを照射することを特徴とする請求項１〜５
の何れかに記載のレーザ加工方法。 - 【請求項８】 前記第１のレーザと前記第２のレーザと
を、被加工物に対して同じ方向から照射することを特徴
とする請求項１〜７の何れかに記載のレーザ加工方法。 - 【請求項９】 前記第１のレーザと前記第２のレーザと
を、被加工物に対して反対方向から照射することを特徴
とする請求項１〜７の何れかに記載のレーザ加工方法。 - 【請求項１０】 前記第１のレーザ光により一光子吸収
過程よる予備加熱を行い、前記第２のレーザ光により多
光子吸収過程よる加工を行うことを特徴とする請求項１
〜９の何れかに記載のレーザ加工方法。 - 【請求項１１】 前記第１のレーザ光の集光スポット径
を前記第２のレーザ光による集光スポット径よりも小さ
く設定したことを特徴とする請求項１〜１０の何れかに
記載のレーザ加工方法。 - 【請求項１２】 被加工物にレーザ光を照射して予熱す
る第１のレーザと、被加工物にレーザ光を照射して予熱
された被加工物を加工する第２のレーザとを有し、前記
第２のレーザは超短パルスレーザである特徴とするレー
ザ加工装置。 - 【請求項１３】 前記超短パルスレーザはフェムト秒レ
ーザである特徴とする請求項１２記載のレーザ加工装
置。 - 【請求項１４】 前記第１のレーザは連続したレーザ光
を出力するものであることを特徴とする請求項１２又は
１３記載のレーザ加工装置。 - 【請求項１５】 前記第１のレーザはパルスレーザ光を
出力するものであることを特徴とする請求項１２又は１
３記載のレーザ加工装置。 - 【請求項１６】 前記第１のレーザ及び前記第２のレー
ザを駆動して、前記第１のレーザによる照射をしている
間に前記第２のレーザを照射させる制御手段を有するこ
とを特徴とする請求項１２〜１５の何れかに記載のレー
ザ加工装置。 - 【請求項１７】 前記第１のレーザ及び前記第２のレー
ザを駆動して、前記第１のレーザにより照射を行った後
に、前記第２のレーザによる照射を行わせる制御手段を
有することを特徴とする請求項１２〜１５の何れかに記
載のレーザ加工装置。 - 【請求項１８】 前記第１のレーザと前記第２のレーザ
とを、被加工物に対して同じ方向から照射するための光
学系を有することを特徴とする請求項１２〜１７の何れ
かに記載のレーザ加工装置。 - 【請求項１９】 前記第１のレーザと前記第２のレーザ
とを、被加工物に対して反対方向から照射するための光
学系を有することを特徴とする請求項１２〜１７の何れ
かに記載のレーザ加工装置。 - 【請求項２０】 前記第１のレーザによるレーザ光の集
光スポット径を第２のレーザによる集光スポット径より
も小さく設定するための光学系を有することを特徴とす
る請求項１２〜１９の何れかに記載のレーザ加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000027806A JP3982136B2 (ja) | 2000-02-04 | 2000-02-04 | レーザ加工方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000027806A JP3982136B2 (ja) | 2000-02-04 | 2000-02-04 | レーザ加工方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001212685A true JP2001212685A (ja) | 2001-08-07 |
| JP3982136B2 JP3982136B2 (ja) | 2007-09-26 |
Family
ID=18553327
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000027806A Expired - Fee Related JP3982136B2 (ja) | 2000-02-04 | 2000-02-04 | レーザ加工方法及びその装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3982136B2 (ja) |
Cited By (19)
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|---|---|---|---|---|
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| US8372762B2 (en) | 2006-09-21 | 2013-02-12 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method of semiconductor device and laser processing apparatus |
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| WO2014180627A1 (de) * | 2013-05-06 | 2014-11-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Vorrichtung mit vorwärmung beim schweissen und verfahren |
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| CN104584343A (zh) * | 2012-05-30 | 2015-04-29 | Ipg光子公司 | 制造激光二极管基座的激光烧蚀工艺和激光二极管单元 |
| JP2015520938A (ja) * | 2012-04-13 | 2015-07-23 | サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィク | レーザナノ加工装置および方法 |
| CN114434086A (zh) * | 2021-12-26 | 2022-05-06 | 国营四达机械制造公司 | 一种钛合金薄壁件表面裂纹修复方法 |
| WO2022142975A1 (zh) * | 2020-12-30 | 2022-07-07 | 上海飞机制造有限公司 | 适用于cfrp的激光制孔装置及激光制孔方法 |
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2000
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